一種利用聚合反應制備改性磷酸鐵鋰的方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用聚合反應制備改性磷酸鐵鋰的方法，包括將酚類化合物和醛類化合物配成溶液——將磷酸鐵鋰粉末加入溶液中——將溶液干燥、煅燒等步驟。本發明利用酚醛縮合的聚合反應在磷酸鐵鋰顆粒表面形成一層致密的包覆層，通過保護氣氛煅燒得到了改性的磷酸鐵鋰。改性后的磷酸鐵鋰的導電性和測試的電化學性能得到了極大的提升，同時還具備了較高的振實密度。將本發明制備的改性磷酸鐵鋰組裝成測試電池，以0.1C倍率放電時可逆比容量可達到164mAh/g；以10C倍率放電時可逆比容量可達到110mAh/g以上，同時材料的振實密度可達到1.45g/cm3。
【專利說明】一種利用聚合反應制備改性磷酸鐵鋰的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋰離子電池材料【技術領域】，具體涉及一種利用聚合反應制備改性磷酸 鐵鋰的方法。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池作為最新一代的二次電池，由于其具備的開路電壓高、能量密度高、循 環性能優良、無污染以及無記憶效應等突出優點而在手機、相機和筆記基本電腦等便攜式 電子設備中得到了廣泛的應用。并且近年來鋰離子電池已經在電動汽車、電動工具以及風 光儲能等方面逐步得到應用。
[0003] 正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，是制約離子電池的容量和倍率性能 的決定性因素，因此改善正極材料的是提高鋰離子電池性能的關鍵。橄欖石形磷酸鐵鋰 (LiFeP0 4)自從被Padhi和Goodenough報道可以作為正極材料以來便引起了人們的廣泛關 注。由于制備磷酸鐵鋰的原材料資源豐富，價格低廉并且磷酸鐵鋰自身較高的比容量和優 異的安全性，被認為是最具前景的動力型鋰離子電池正極材料。
[0004] 但是磷酸鐵鋰的缺點同樣明顯，其離子和電子導電性較差，以致其充放電倍率性 能不佳，這個缺點極大的限制了磷酸鐵鋰的應用。近些年來，對磷酸鐵鋰顆粒進行碳包覆被 認為是改善其導電性和電化學性能的有效途徑并且在產業化中得到了廣泛的應用。碳或有 機物的存在燒結時可以作為還原劑將三價鐵還原或者抑制二價鐵的氧化，還可以阻止磷酸 鐵鋰顆粒之間的接觸，阻礙顆粒的長大，同時碳包覆還可以阻止磷酸鐵鋰在充放電過程中 的溶解。但是碳包覆也會帶來一定的負面效果，比如降低了材料的振實密度，也降低了電池 的能量密度。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是為了彌補現有技術的不足，提供一種利用聚合反應制備改性磷酸 鐵鋰的方法，以改進磷酸鐵鋰的導電性和電化學性能。
[0006] 為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種利用聚合反應制備改性磷酸鐵 鋰的方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，將酚類化合物和醛類化合物配成濃度為質量百分比濃度為0. 1-5%的溶 液，其中酚類化合物和醛類化合物的摩爾比為〇. 5-2:1 ;
[0008] 步驟2,將磷酸鐵鋰粉末加入步驟1配得的溶液中，并不斷攪拌加熱，控制其攪拌 溫度為40-100°C，持續攪拌2-48小時，使酚和醛在磷酸鐵鋰表面發生聚合反應；磷酸鐵鋰 粉末與酚醛化合物的總質量比為1:0. 01-0. 1 ;磷酸鐵鋰粉末為未進行過碳包覆的純相的 磷酸鐵鋰；
[0009] 步驟3,將溶液干燥，并將所得產物在保護氣氛下煅燒，煅燒的溫度為500-80(TC， 煅燒時間為2-6小時，得到了改性的磷酸鐵鋰.
[0010] 所述步驟1中的酚類化合物包括苯酚、間苯二酚、對苯二酚或鄰苯二酚；所述的醛 類化合物包括甲醛或糠醛。
[0011] 所述步驟2中的磷酸鐵鋰粉末與溶液的反應容器為密閉容器，以防止醛類溶液的 揮發。
[0012] 所述步驟3的溶液干燥為噴霧干燥或攪拌蒸干。
[0013] 本發明利用酚醛縮合的聚合反應在磷酸鐵鋰顆粒表面形成一層致密的包覆層，通 過保護氣氛煅燒得到了改性的磷酸鐵鋰。改性后的磷酸鐵鋰的導電性和測試的電化學性能 得到了極大的提升，同時還具備了較高的振實密度。將本發明制備的改性磷酸鐵鋰組裝成 測試電池，以0. 1C倍率放電時可逆比容量可達到164mAh/g ;以10C倍率放電時可逆比容量 可達到110mAh/g以上，同時材料的振實密度可達到1. 45g/cm3。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1為實施例1制備的改性磷酸鐵鋰在不同倍率下的放電曲線比較。
[0015] 圖2為實施例2制備的改性磷酸鐵鋰在不同倍率下的放電曲線比較。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步描述。
[0017] 實施例1 :
[0018] 稱取1. 6g間苯二酚溶解于250mL去離子水中，然后加入3mL質量分數為37%的甲 醛溶液，再加入60g磷酸鐵鋰，同時不斷攪拌使其分散均勻。控制反應溫度在60°C，持續反 應6小時后，將溶液攪拌蒸干。將干燥產物在保護氣氛下600°C煅燒2小時后便得到了最終 產物。
[0019] 稱取0· 45g最終產物，分別加入0· 025g導電炭黑和0· 025gPVDF以及一定量的 N，N-二甲基吡咯烷酮制成漿料，混合均勻后涂在鋁箔上制成正極片。然后在手套箱中以金 屬鋰片為對電極組裝扣式電池進行電化學性能測試。
[0020] 圖1為按實施例1所制備的電池在不同倍率下的放電曲線比較。由圖可見材料具 備了優異的電化學性能。在〇. 2C充放電時，比容量達到了 160mAh/g，而在10C放電時比容 量可達到110mAh/g以上。
[0021] 實施例2:
[0022] 稱取1. 0g苯酚溶解于250mL去離子水中，然后加入0. 77g糠醛，再加入60g磷酸 鐵鋰，同時不斷攪拌使其分散均勻。控制反應溫度在80°C，持續反應4小時后，將溶液攪拌 蒸干。將干燥產物在保護氣氛下500°C煅燒2小時后便得到了最終產物。
[0023] 稱取0· 45g最終產物，分別加入0· 025g導電炭黑和0· 025gPVDF以及一定量的 N，N-二甲基吡咯烷酮制成漿料，混合均勻后涂在鋁箔上制成正極片。然后在手套箱中以金 屬鋰片為對電極組裝扣式電池進行電化學性能測試。
[0024] 圖2為按實施例2所制備的電池在不同倍率下的放電曲線比較。由圖可見材料具 備了優異的電化學性能。在〇. 1C充放電時，比容量達到了 164mAh/g，而在5C放電時比容量 可達到130mAh/g以上。
[0025] 實施例3 :
[0026] 稱取3. 5g對苯二酚溶解于250mL去離子水中，然后加入2. 5mL甲醛溶液，再加入 60g磷酸鐵鋰，同時不斷攪拌使其分散均勻。控制反應溫度在40°C，持續反應48小時后，將 溶液攪拌蒸干。將干燥產物在保護氣氛下800°C煅燒2小時后得到最終產物。
[0027] 實施例4 :
[0028] 稱取5. 4g鄰苯二酚溶解于250mL去離子水中，然后加入2. 3g糠醛，再加入60g磷 酸鐵鋰，同時不斷攪拌使其分散均勻。控制反應溫度在KKTC，持續反應2小時后，將溶液攪 拌蒸干。將干燥產物在保護氣氛下500°C煅燒6小時后得到最終產物。
[0029] 上面對本發明的實施例作了詳細說明，上述實施方式僅為本發明的最優實施例， 但是本發明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在 不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1. 一種利用聚合反應制備改性磷酸鐵鋰的方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1，將酚類化合物和醛類化合物配成濃度為質量百分比濃度為0. 1-5%的溶液，其 中酚類化合物和醛類化合物的摩爾比為0. 5-2:1 ; 步驟2,將磷酸鐵鋰粉末加入步驟1配得的溶液中，并不斷攪拌加熱，控制其攪拌溫度 為40-100°C，持續攪拌2-48小時，使酚和醛在磷酸鐵鋰表面發生聚合反應；磷酸鐵鋰粉末 與酚醛化合物的總質量比為1:0. 01-0. 1 ;磷酸鐵鋰粉末為未進行過碳包覆的純相的磷酸 鐵裡； 步驟3,將溶液干燥，并將所得產物在保護氣氛下煅燒，煅燒的溫度為500-800°C，煅燒 時間為2-6小時，得到了改性的磷酸鐵鋰。
2. 如權利要求1所述的一種利用聚合反應制備改性磷酸鐵鋰的方法，其特征在于步 驟1中的酚類化合物包括苯酚、間苯二酚、對苯二酚或鄰苯二酚；醛類化合物包括甲醛或糠 醛。
3. 如權利要求1所述的一種利用聚合反應制備改性磷酸鐵鋰的方法，其特征在于步驟 2中的磷酸鐵鋰粉末與溶液的反應容器為密閉容器。
4. 如權利要求1所述的一種利用聚合反應制備改性磷酸鐵鋰的方法，其特征在于步驟 3的溶液干燥為噴霧干燥或攪拌蒸干。
【文檔編號】H01M4/58GK104157873SQ201410379369
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月4日 優先權日:2014年8月4日
【發明者】馬銳, 沈健民, 岳鵬, 龐瑞卿, 曹炬, 宗新林 申請人:北京萬源工業有限公司